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수 윤활에 의한 마찰계면의 구조적 제어

전문가 제언: ○ 물은 분자량 18이라는 적은 분자인데도 불구하고 여러 가지 특이한 물성을 갖고 있다. 예를 들면 비점, 표면장력 등이 높다는 것은 잘 알려져 있으며, 또한 물의 점도는 분자가 큰 메탄올에 비해 약 1.6배나 된다. 이와 같은 특이한 성질은 물분자의 수소결합에 있다.

– 물의 수소 결합에너지는 20KJ/mol이고, 일반적인 윤활유로 사용되고 있는 탄화수소 분자보다 분자 간 상호작용으로 강한 공유결합을 하고 있다. 즉 물을 매체로 하는 혼합물은 적당한 분자 간 상호작용에 의해 물 혼합물을 유연하고도 재생가능 한 집단구조로 만들게 된다.

○ 유체윤활에서 계면구조는 물리적 구조와 화학적 구조로 분류하는데 물리적 구조는 표면형상이나 역학적 특성에 영향을 주고, 화학적 구조는 물과 상호작용 하여 계면에 물을 보유토록 하는 기능성 기를 갖게 한다.

○ 물은 열용량이나 증발잠열이 크고 냉각효과가 있어서 마찰열을 제거하기에 적합하지만, 물 단체로 윤활 하는 것은 물리적으로 어렵다. 따라서 물에 다른 성분을 조합시켜 새로운 구조로 만들어 거기에 맞는 물성을 유도하는 계면구조 제어가 필요하다. 실제 물은 점도가 낮기 때문에 접촉계면에 물을 보유할 수 있는 방법의 개발이 과제이다.

○ 이 글에서는 아미드기와 함께 카르복실기가 계면에 존재하게 되면 물분자를 보유하기가 쉬워지므로 공중합물의 AAc 비율을 증가시켜 마찰계수를 다시 상승시켰다. 이는 아미드기와 카르복실기가 수소결합을 형성하여 안정화되었기 때문에 물과의 상호작용이 약해지면서 물의 보유량이 저하되었다고 보고 있다.

– 그리고 폴리비닐알코올 PVA의 수산기 OH가 에폭시기 OCH₃로 되면 마찰계수는 상승되었고, PAAm의 아미드기에 이소프로필을 도입한 N-이소프로필아크릴아미드 NiPAAm에서도 마찰계수가 증가되었다. 결과적으로 마찰계수는 친수성과 관련이 있다는 것을 의미한다.

저자: Hidetaka Nanao, Shigeyuki Mori, Ichiro Minami
자료유형: 학술정보